膜分离案例分析

1. 煤发电厂产生的尾气中含有粉尘，NOx, SOx 化物， 需要除去这三种污染物，请你设计一个膜反应器来实现粉尘，NOx, SOx 的尾气治理。

NOx、SOx的尾气治理膜反应器。目的是设计一个能够在煤发电厂除去粉尘、 具体来说，向反应器中通入尾气，经过反应器后，排出的气体中，粉尘、NOx、

SOx的量将大大减少。要减少粉尘的量，那么此反应器将具有阻止粉尘通过的功能；要减少NOx以及SOx的量，此反应器需通过反应将两者除去。

粉尘的直径和分子直径差别较大，通过一层滤膜即可分离。或者采取闭路循环。

除去NOx的方法主要有：

1.催化还原法，包括非选择性还原和选择性还原法； 2.吸附法；

3.湿法，包括直接吸收法、氧化吸收法、氧化还原吸收法、液相吸收还原法和络合吸收法等。

除去SOx的方法主要有：

1.干法，包括石灰粉吹入法、活性炭法、活性氧化锰法(DAP-Mn法)； 2.湿法，包括氨吸收法、石灰石或石灰乳吸收法、氧化镁吸收法、钠（钾）吸收法和氧化吸收法。

考虑到要同时去除两者，我认为采取氧化吸收法较为简洁。

氧化吸收法具体又分为催化氧化吸收法[1]、气相氧化吸收法[2]、液相氧化吸收法。

考虑到成本问题，我认为采取催化氧化吸收法较为可行。

催化氧化吸收法是在催化剂作用下将尾气氧化，然后用碱液吸收。氧化剂是氧气。催化剂是以活性炭、氧化铝、二氧化硅为载体的钒、钨、钛和稀土金属氧化物等。

此法的优点是可把粉尘、NOx、SOx等污染物同时除去，设备的投资和运转费低。

由于增加氧气的浓度可以加快尤其是SO2氧化成SO3的转化率和速率。如果氧源采用空气的话，那么可以采取膜分离技术来分离氧气和氮气[3]。

由此设计出流程图：

简单解释一下流程：

从第一步开始，空气进入膜反应器，分离成氧气和氮气，氮气可作为产品，氧气将尾气氧化。氧化后进入碱液吸收装置，循环吸收几次后即可排出较为洁净的气体。

考虑到气体循环经过液相，我认为不需要设置专门除去粉尘的装置。但如果除尘效果不好，也可以在尾气进入氧化反应装置前加一个过滤装置过滤粉尘。

解释一下膜反应器的构造。将催化剂固定在分离膜下表面，在催化剂的作用下，尾气被透过膜的氧气氧化，生成更易被碱液吸收的分子，进到下一步。

参考文献

[1] 袁从慧，刘华彦，卢晗锋等. 催化氧化-碱液吸收脱除工业NOx废气[J].化学反应工程 与工艺，2008，24(5): 476-480

[2]秘密. ClO2对NO和SO2的氧化及NOx-SO2协同脱除的实验及机理研究[D].山东大学.2014,5 [3]薛敏，金正涛.常温空分氧氮一体化联合分离系统[J].中国舰船研究，2011，6(2): 88-92